果园水肥滴灌控制装置的研究与应用示范

发布时间:2015-06-17

　　所属战略性新兴产业领域： 节能环保

　　所属高新技术领域： 现代农业

　　单位名称： 华南农业大学

　　成果简介：

　　1.1科技成果简介

　　本课题来自于广东省科学技术厅星火计划项目，课题立项名称为果园水肥滴灌控制装置的研究与应用示范(2010B020314007)，研究起始日期是2011年1月1日，结束日期是2012年12月31日。批准登记单位是广东省科学技术厅，批准登记号是粤科成登字20130441，批准登记日期为2013年11月29日。

　　系统设计包括STM8主控板和LCD太阳能采集面板的设计两大部分。STM8主控板以ST公司8位微控制器STM8S105S6为核心并提供各种必要的接口和模块实现整个系统的全局控制;LCD太阳能采集面板则在提供LCD人机接口的同时搭载硅光电池。太阳能采集面板以锂电池充电管理芯片CN3722为核心，采用最大功率点跟踪技术使太阳能电池板自动跟踪太阳光的运行，使其始终处于垂直太阳光入射光的位置，实现高效率太阳能收集来给锂电池充电，最大限度地增长电池使用时间。最后，通过基于中断触发和休眠—唤醒机制的程序设计方法将所有模块进行整合，形成了基于STM8微控制器的低功耗滴灌控制器。实现了滴灌的定时闭环控制和控制系统的低功耗运行。

　　成果创新性：

　　1.2创新性

　　(1)研制滴灌自动控制装置，对滴灌系统中水肥滴灌可自动开启与关闭，滴灌时间长短自动控制，滴灌系统的滴灌流量可调可控;

　　(2)可根据天气情况，人工对滴灌系统可设置滴灌的间隔频率，滴灌系统既可天天开关，也可间隔一定天数开关;

　　(3)滴灌自动控制装置加装土壤湿度传感器，按土壤墒情和果树需水特性实施自动滴灌;

　　(4)滴灌自动控制装置加装太阳能，充分利用太阳光照，实现节能;

　　(5)滴灌自动控制装置具备掉电保护、防水功能与防误操作功能，适于野外应用;

　　(6)控制装置可加装在现有多种类的滴灌主管或支管，对滴灌系统实现定时定量的全自动控制，适用性广;

　　成果独占性：

　　1.3独占性

　　(1)节水：引入自动控制的灌溉系统，根据小区域土壤含水量，分区控制灌溉水量;根据当地落雨量，控制灌溉量;还可据作物按需灌溉。

　　(2)节能：引入太阳能供电，每年只需要阳光照射15天，便可满足全年运行;系统低功耗运行;自动开关灌溉系统，节省人工。

　　(3)节肥减排：随水施肥;按作物与土壤肥力控制肥料比例;减少肥料在生态环境中残余。

　　(4)抗干扰：滴灌自动控制装置具备掉电保护、防水功能与防误操作功能，适于野外应用。

　　成果盈利性：

　　1.4盈利性

　　成本低廉：研发滴灌系统中自动控制装置低成本制作，人工设定控制程序控制装置成本68元左右，根据土壤墒情和果树需水特性实施自动灌溉控制装置成本控制是656元左右。

　　高性能：(1)低功耗运行，1节电池至少供电1年;(2)不外接电源，适于露天山地丘陵种植作物的滴灌自动控制;(3)具掉电保护与防误操作功能;(4)滴灌时间长短及流量可控，滴灌自动开启与闭合;(5)加装太阳能板，利用太阳光照节能。

　　提高经济效益：果园水肥滴灌控制装置经济效益包括增产、改善品质获得效益和节省投入的效益。果园一般亩节省投入300-400元，增产增收300-600元;设施栽培一般亩节省投入400-700元，其中，节水电85-130元，节肥130-250元，节农药80-100元，节省劳力150-200元，增产增收1000-2400元。

　　成果持续性：

　　1.5持续性

　　技术储备：(1)太阳能采集面板以锂电池充电管理芯片CN3722为核心，采用最大功率点跟踪技术使太阳能电池板自动跟踪太阳光的运行，使其始终处于垂直太阳光入射光的位置，实现高效率太阳能收集来给锂电池充电，最大限度地增长电池使用时间。(2)通过基于中断触发和休眠—唤醒机制的程序设计方法将所有模块进行整合，形成了基于STM8微控制器的低功耗滴灌控制器。实现了滴灌的定时闭环控制和控制系统的低功耗运行。(3)控制器可人为设置参数，自动开关滴灌控制系统，开环自动控制滴灌量。(4)系统可扩展土壤水分传感器、雨量传感器，根据采集数据实现闭环控制。(5)多种措施加强系统可靠性与稳定性能，并适应恶劣工作环境：加装看门狗程序，系统可自我保护与自动重启;加装静电防护、短路保护、防雷击程序;加装防水盖装置，系统可防水。

　　持续创新能力：扩展可引入风能供电，这样可以在更大程度上为该装置提供电能，工作时间更加长久，加大了更换电池的时间间隔，减小了更换电池的次数;可以加装雨量传感器，感知降水量，自动调整水肥的浇灌，提供水肥的利用率，减小损耗，提高经济效益。

　　成果先进性：

　　1.6先进性

　　(1)在广东省提出可用于野外的低成本低功耗滴灌控制装置研究，与省内同类装置相比，创新性明显、突出。

　　(2)提出滴灌系统滴灌时间、间隔、流量可调可控;

　　(3)提出加装土壤湿度传感器，在病虫害等一定的情况下，液肥、农药、水分的喷施应根据土壤墒情和果树需水特性实施自动灌溉;

　　(4)加装太阳能，充分利用太阳光照，实现节能。

　　成熟度： 小批量

　　市场分析：

　　2.1市场分析

　　传统的农业灌溉系统电磁阀多采用市电供电，而且需要人工现场操作，灵活性差。现有的自动控制装置运行功耗大，智能化程度低，难以高效率地利用水资源及自动应对突发情况等弊端。而本系统把绿色能源与农业灌溉系统相结合，实现一种节能、节水、节肥、高效的智能化灌溉方式，并且成本低廉，能极好地提高经济效益，与省内同类装置相比，创新性明显、突出。如果大批量生产，能进一步降低生产成本，具有强大的竞争力。因此，有能力和信心在大范围内进行推广，逐步扩大市场占有率，取得科技成果转化的可观利润。

　　本装置技术成熟，适用于绝大多数的果园环境，由于本系统无需外接电源且能利用太阳能供电，特别适合偏远的山地果园环境，故本装置主要市场放在大规模化的山地果园，广东省内市场规模大约在500万元左右。

　　商业模式分析：

　　2.2商业模式分析

　　本单位拟将该装置的研发技术以技术转让或技术合作的方式让合作厂商将该装置进行批量生产，成品将由代理企业进行宣传和推广到果园客户。本单位通过技术转让或技术合作获得利润回报，这样能有效降低生产过程中的回报风险。

　　营销状况：

　　2.3营销状况

　　研发滴灌系统中自动控制装置成本低廉，人工设定控制程序控制装置成本68元左右，根据土壤墒情和果树需水特性实施自动灌溉控制装置成本控制是656元左右，售价应在产品成本的基础上增加35%，无需培养新市场。销售渠道为“生产厂商-代理企业-果园客户”模式，通过建立示范基地和大力宣传的方式推广。在小规模试制推广过程中，广东省内柑橘园推广100余套，建设标准水肥滴灌设施183亩并完成安装调试，改造滴灌面积600多亩，山地果园农户是本装置的典型试用客户。

　　拟采取的转化方式： 技术转让;技术许可

　　应用推广的已投入情况： 5万元

　　资金需求额： 35万元

　　融资用途： 市场开拓